Bioenergetica e metabolismo celular, Manuais, Projetos, Pesquisas de Bioquímica

Baixe Bioenergetica e metabolismo celular e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Bioquímica, somente na Docsity! Aula de Bioquímica II Tema: Bioenergética e Metabolismo Prof. Dr. Júlio César Borges Depto. de Química e Física Molecular – DQFM Instituto de Química de São Carlos – IQSC Universidade de São Paulo – USP E-mail: [email protected] Cor Q Universidade de São Paulo Brasil Instituto de Química de São Carlos Como a energia move a vida? Classificação dos organismos Carboidratos Lipídeos Proteínas Dependência dos organismos autotróficos para produção desses compostos orgânicos • Obrigatórios: Utilizam O2 como agente oxidante para obter energia. • Facultativos: Ausência ou presença de oxigênio Ex. Escherichia coli AERÓBICOS ANAERÓBICOS • Utilizam agentes oxidantes como sulfato e nitrato. Ex.: Bactérias nitrificantes, sufulrosas como Acidithiobacillus ferrooxidans. *Obrigatórios*: morrem na presença de O2 Ex. Bacilo causador do tétano (Clostridium tetani). Organismos Uma série de reações químicas intrincadas que permitem obter, armazenar e utilizar energia para realização das funções celulares. As reações cooperam para 4 funções:
Obter e energia química (luz solar ou nutrientes);
Converter nutrientes  moléculas próprias da célula (precursores)
Polimerizar macromoléculas;
Sintetizar e degradar biomoléculas especializadas. Metabolismo Vias Metabólicas As vias catabólicas e anabólicas estão relacionadas O ATP e o NADPH produzidos pela degradação de metabólitos complexos são fonte de energia para reações biossintéticas e outras reações  Termodinâmica e metabolismo  O fluxo de moléculas e energia ocorrem em vias  Catabolismo: - Extração de energia - Simplificação das moléculas a compostos comuns  Anabolismo: - Utilização de energia na forma de Trabalho - Síntese de moléculas complexas - Multiplicação ESP Universidade de São Paulo . 4. dm Brasi Vias Metabólicas Instituto de Quimica do São Carlos º Rubber Carotenold Steroid - São interdependentes t plgments hormones Phospholipics Isopentenyl Bite Va, - São coordenadas pyrophosphate mp» Cholesterol edita Triacylglycerols Es Fatty acids SJ Mevalnnato Vitamin K Cholesteryl Starch Alanine Rae esters anine Clycogen Glucose Pyruvate Acetoacety|-CoA Eicosanoids Sucrose Serine Leucine FA Tsuleucine | Fatty acids Db» Triacylgiycerals ta) Converging catabolism 1 Wa Citrate CDP-diacyiglycerol > Phospholiplds Oxalaacetate y (b) Diverging anabolism (0) Cvelic pathway As vias metabólicas ocorrem em locais específicos das células • Mitocôndria: ciclo do ácido cítrico, fosforilação oxidativa, oxidação de ácidos graxos, degradação de aminoácidos • Citosol: glicólise, via das pentoses-fosfato, biossíntese de ácidos graxos, gliconeogênese • Lisossomo: digestão enzimática • Núcleo: replicação e transcrição de DNA, processamento do RNA • Aparelho de Golgi: processamento pós-traducional de proteínas de membranas e proteínas secretoras, formação da membrana plasmática e vesículas • RER: síntese de proteínas ligadas a membranas e proteínas secretoras • REL: biossíntese de lipídeos de esteróides • Peroxissomos (glioxissomos): reações de oxidação, catalisadas por aminoácido- oxidases e catalase, reações do ciclo do glioxilato nas plantas O Acoplamento de reações  Uma reação termodinamicamente não-favorável pode ser transformada em uma favorável através do acoplamento de uma reação termodinamicamente favorável.  Ativação de reagentes  Conformação ativada da proteína  Gradiente de íons Reações com valores de ∆G próximos de ZERO podem ser facilmente revertidas pela mudança nas concentrações de produtos e de reagentes Termodinâmica de algumas reações bioquímicas Adenosina Trifosfato A hidrólise de ATP impulsiona o Metabolismo ao deslocar o equilíbrio À 25 oC a Keq será: A B ∆G0’ = + 4,0 kcal/mol 00115,010 ][ ][ ' 303.2*987,1*15,298/' 0 === ∆− G eq eq eq A B K A + ATP + H2O B + ADP + Pi ∆G0’ = - 3,3 kcal/mol ∆G0’Total= + 4,0 kcal/mol + (- 7,3 kcal/mol) = - 3,3 kcal/mol O Acoplamento da hidrólise de ATP permite reverter um processo não-favorável num favorável num fator de 105 vezes em condições padrão. 26210 ][ ][][ ][ ][ ' 303.2*987,1*15,298/' 0 === ∆− G eq eqeq eq eq eq ATP PiADP x A B K Adenosina Trifosfato  A ∆G de hidrólise de ATP dentro de uma célula é de 12000 cal/mol (12 kcal/mol) O que explica o alto potencial doador de fosforila do ATP??? ATP + H2O ADP + Pi ∆G0’ = - 7,3 kcal/mol Glicerol 3-Fosfato + H2O Glicerol + Pi ∆G0’ = - 2,2 kcal/mol Adenosina Trifosfato A ∆G de ativação da hidrólise de ATP é alta e somente a hidrólise enzimática é viável 1) Produto da hidrólise é estabilizado por ressonância 2) Repulsão eletrostática no ATP evita as estruturas de ressonância 3) Ionização dos produtos da hidrólise de ATP 4) Estabilização dos produtos de hidrólise por hidratação A ligação fosfodiéster NÃO É rica em energia!!! Potencial doador de Fosforila O ATP não é a única molécula na célula capaz de doar fosforilas  Existem moléculas com maior potencial doador de fosforila do que ATP São capazes de doar Pi para o ADP  Fosforilação “ao nível do substrato”  Posição intermediária permite que o ATP funcione como carreador de fosforilas.  Funcionam como Tampões de fosforilas para o ATP Potencial doador de Fosforila  Creatina-Fosfato é um tampão de Pi na célula muscular  Seu alto potencial doador de Pi permite formar ATP a partir de ADP no exercício A quantidade de ATP disponível na célula muscular é suficiente para apenas 1 segundo de exercício extenuante. Síntese de ATP  Pequena parte do ATP é obtido a partir da “fosforilação ao nível do substrato” - Anaeróbica  Maior parte é formada por uma BOMBA DE PRÓTONS movida por um gradiente de concentração - Aeróbica Membrana Os Carreadores: coenzimas 1) Existem carreadores ativados de Elétrons para reações Oxidantes  Flavina Adenina Nucleotídeo  Flavina Mononucleotídeo – FMN (em azul) - Forma oxidada: FAD - Forma reduzida: FADH2 - O2 é o receptor final de elétrons Anel iso-aloxazina Os Carreadores: coenzimas 2) Existem carreadores ativados de Elétrons para reações Biosintética Redutoras  Nicotinamida adenina dinucleotídeo Fosfato: NADPH - Derivada da Niacina - Transporta íon Hidreto – H- - Forma Oxidada = NADP+ - Forma reduzida = NADPH - Localizado preferencialmente no citoplasma - O Pi é uma etiqueta e marca para biossíntese - NADPH é formado na via das pentoses = H ou PiR Os Carreadores: coenzimas 3) Existe um carreador ativado de fragmentos de 2 Carbonos  Coenzima A - CoA - Desempenha papel central no metabolismo - Transporta unidades de acilas - No catabolismo: oxidação de glicose, de ácidos graxos e de AA - No Anabolismo: biossíntese de ácidos graxos - Grupo funcional: Sulfidrila - Ligação Tioéster  hidrólise mostra ∆G0‘= -7,5 kcal/mol - Reação lenta na ausência de catalisador As Reações Recorrentes do Metabolismo 1) Reações de Óxido redução (Óxido-redutases) - Envolve retirada (ou doação) de elétrons dos metabólitos - Participação direta dos carreadores de elétrons: NAD+, NADP+ e FAD As Reações Recorrentes do Metabolismo 2) Reações de Ligação (Ligases) - União de moléculas à custas da energia livre da clivagem de ATP 3) Reações de Isomerização (Isomerases) - Reações de rearranjo molecular  Prepara a molécula para reações subsequentes As Reações Recorrentes do Metabolismo 4) Reações de transferência (Transferases) - Muito variáveis - Grupo fosforila é transferido do ATP para outra molécula - Ativação de substrato